DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... ·...

22
1

Transcript of DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... ·...

Page 1: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

1

Page 2: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR

RESUMEN

El agua potable es un recurso indispensable para la existencia de la vida y una necesidad

para el desarrollo social, económico y la sustentabilidad ambiental. En la actualidad, debido

al aumento de la población humana, la deforestación, la expansión de las zonas desérticas,

el cambio climático, la contaminación y otros factores, están disminuyendo la cantidad de

agua disponibe para consumo humano, lo que ha motivado a los gobiernos a buscar

alternativas de obtención de este líquido, principalmente a partir del agua salada de mares y

oceanos.

Una diversidad de tecnologías de desalinización han sido desarrolladas en los últimos años;

por mencionar algunas, se tienen los procesos de ósmosis inversa, electrodiálisis,

compresión de vapor, etc., que aunque eficientes resultan muy costosas de operar y

mantener, pues se basan en el petróleo y sus derivados, para obtener la energía del proceso.

Una de las tecnologías que se ha presentado como una alternativa para el tratamiento de

aguas para consumo humano es la desalinización, usando como fuente de energía la

radiación solar, dada la abundancia de agua salada en mares y oceanos y la existencia de

muchos lugares con escasez de agua potable, que se encuentran cerca de mares y oceanos

y reciben buenos niveles de radiación solar.

En este proyecto proponemos la construcción de un dispositivo novedoso, que aprovecha los

principios en los que se basa el fenómeno de la evaporación natural de líquidos, utilizando

como fuente de energía la radiación solar. Una gran ventaja de este dispositivo radica en que

usa una fuente energética gratuita y además este prototipo se puede escalar a dimensiones

mayores para obtener grandes cantidades de agua potable.

2

Page 3: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

MARCO TEÓRICO

El agua y su importancia

El agua es una sustancia esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de

vida. La cantidad de agua que hay en el planeta es de aproximadamente 1400 millones de

kilómetros cúbicos, cubriendo el 71 % de la superficie terrestre.

El 97 % del agua que hay en el planeta es salada y se encuentra en mares y océanos. Del 3

% restante (agua dulce), el 87 % corresponde a casquetes polares y glaciares, líquido

profundo inaccesible o vapor atmosférico. Así, únicamente el 0.4 % del agua en la Tierra es

asequible para su utilización. De este porcentaje tan pequeño de agua dulce, el 70 % se

emplea para irrigación, el 20 % se destina para fines industriales y el 10 % restante para

usos domésticos (urbanos).

En la actualidad, debido al aumento de la población humana, la deforestación, la expansión

de las zonas desérticas, el cambios climático, la contaminación y otros factores, está

disminuyendo la cantidad de agua disponibe para consumo humano, lo que ha motivado a

los gobiernos a buscar alternativas de obtención de este líquido principalmente a partir del

agua salada de mares y oceanos.

El incremento de la contaminación del agua ha ido de la mano con el desarrollo de los

asentamientos humanos. Al principio se tenía problemas con los desechos orgánicos y la

salinización de los sistemas de riego. Hoy en día pueden sumarse los sólidos suspendidos,

metales pesados, nitratos, contaminantes orgánicos, desperdicios radioactivos, acidificación

de lagos, ríos y aguas costeras, etc.

La UNESCO predice que para el año 2020 la escasez de agua se convertirá en uno de los

peores problemas alrededor del mundo; tanto es así de grave que en el Plan de

Abastecimiento del Agua y Gestión Integrada de las aguas residuales para Guanacaste, en

Costa Rica declararon en 2008, de interés nacional y de alta prioridad los proyectos de

3

Page 4: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

iniciativa pública o privada que promovieran procesos de desalinización del agua marina para

su posterior aprovechamiento para el consumo humano, riego y demás usos.

Clasificación del agua por su salinidad

Al agua se le puede clasificar por la cantidad total de sólidos disueltos (TSD) que posee,

medidos en gramos por litro. El TSD se evalúa también en partes por millón (ppm), donde 10

ppm es igual a 0.01 gramos por litro. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos

(USGS, por sus siglas en inglés), el agua por su salinidad se puede dividir en:

• Agua dulce – Menos de 1000 ppm ( 0.1 % de sales disueltas)

• Agua ligeramente salina – De 1000 a 3000 ppm (0.1 a 0.3 % de sales disueltas)

• Agua moderadamente salina – De 3000 a 10000 ppm (0.3 a 1 % de sales disueltas)

• Agua altamente salina – De 10000 a 35000 ppm (1 a 3.5 % de sales disueltas)

Composición del agua de mar:

Aunque la salinidad y la composición química varia de un mar a otro, la tabla de abajo

muestra la composición quimica media aproximada de 1 litro de agua de mar:

COMPONENTE

Cloruro de sodio

CANTIDAD

24,0

UNIDADES

gramosCloruro de magnesio 5,0 gramosSulfato neutro de sodio 4,0 gramosCloruro de calcio 1,1 gramosCloruro de potasio 0,7 gramosBicarbonato de sodio 0,2 gramosBromuro de sodio 0,096 gramosÁcido bórico 0,026 gramosCloruro de estroncio 0,024 gramosFluoruro de sodio 0,003 gramosAgua destilada 1.000 mililitros

4

Page 5: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

La desalinización

Un desalinizador es un dispositivo que permite la separación de las sales minerales y demás

sustancias disueltas en el líquido, (que generalmente es agua) de otra sustancia, por medio

de la evaporación, en la que por acción de una fuente de energía, (generalmente energía

solar) el agua se separa, dejando las sales minerales y demás sustancias contaminantes en

el recipiente. Posteriormente el vapor de agua se condensa, haciéndolo pasar por tubos que

tienen superficies de menor temperatura.

La desalinización tiene su origen en Grecia hacia el año 300 antes de Cristo. Se han hallado

representaciones en el Antiguo Egipcio que explican la destilación para conseguir esencias

de plantas y flores. También se sabe que la destilación era ya conocida en la Antigua Grecia y

en la Antigua Roma. Su mayor apogeo en la antigüedad parece haberse alcanzado en

Alejandría entre los años 200-300 después de Cristo, siendo probable que sea en esta época

cuando se inventa el alambique en su estado más primitivo. Posteriormente, durante la Edad

Media, muchos alquimistas árabes y persas practicaban la desalinización del agua de mar.

En los albores del Renacimiento, algunos alquimistas árabes desalinizaban el agua del mar

haciendo uso de la energía solar, para ello utilizaban vasijas de vidrio dentro de las cuales

ponían el agua de mar; calentándola mediante espejos que reflejaban la radiación solar

sobre las vasijas, aportando de este modo el calor necesario para la obtención de agua por

evaporación y posterior condensación.

Una diversidad de tecnologías de desalinización han sido desarrolladas en los últimos años,

que aunque eficientes resultan muy costosas de operar y mantener, en especial en aquellas

comunidades remotas donde no se cuenta con el adecuado soporte técnico que exigen estás

tecnologías sofisticadas.

La desalinización puede ser desarrollada a través de varios métodos, los más comunes son:

5

Page 6: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Ósmosis inversa

Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semi-permeable,

desde una solución más concentrada en sales disueltas u otros contaminantes a una

solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión. El objetivo de la Osmosis

Inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua con gran cantidad de

sales como puede ser el agua de Mar.

Destilación

La desalinización por destilación se realiza mediante varias etapas, en cada una de las

cuales una parte del agua salada se evapora y se condensa en agua dulce. La presión y la

temperatura van descendiendo en cada etapa lográndose la concentración de la salmuera

resultante. El calor obtenido de la condensación sirve para calentar de nuevo el agua que

hay que destilar.

Congelación

Para la desalinización por congelación, se pulveriza agua de mar en una cámara refrigerada

y a baja presión, con lo que se forman unos cristales de hielo sobre la salmuera. Estos

cristales se separan y se lavan con agua normal. Y así se obtiene el agua dulce.

Evaporación relámpago

En el proceso de desalinización por evaporación relámpago, en inglés Flash Evaporation, el

agua es introducida en forma de gotas finas en una cámara a presión baja, por debajo de la

presión de saturación. Parte de estas gotas de agua se convierten inmediatamente en vapor,

que son posteriormente condensadas, obteniendo agua desalada. El agua residual se

introduce en otra cámara a presiones más bajas que la primera y mediante el mismo proceso

de calentamiento, pulverización y evaporación relámpago se obtiene más agua desalada.

Este proceso se repetirá, hasta que se alcancen los valores de desalinización deseados.

Estas plantas pueden contar más de 24 etapas de desalinización relámpago. A este proceso

se le conoce como MSF (evaporación multietapa).

6

Page 7: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

PROBLEMAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOS SISTEMAS DE DESALINIZACIÓN

Los métodos anteriormente mancionados permiten la producción de agua potable, sin

embargo acarrean varios problemas, entre los que destacan:

El alto costo de su proceso. Las plantas requieren una inversión económica alta tanto para su

construcción como para su operación.

La contaminación para con el planeta. Por la emisión del CO2 en la producción de la energía

para su funcionamiento

Los requerimientos de energía a gran escala. Se requiere una gran cantidad de energía para

la operación de las plantas desalinzadoras

Una dependencia aún mayor de las conocidas energías fósiles.

La destrucción de ecosistemas, pues se ve interrumpido el ciclo natural de muchos

organismos marinos.

Ante esta problemática, la desalinización solar se ha presenta como una prometedora

alternativa para el tratamiento de aguas para consumo humano, cuya particularidad radica en

que usa un recurso energético gratuito, el Sol, Se puede utilizar principalmente en aquellas

zonas áridas que tengan un gran potencial de energía solar y haya demanda de agua

potable.

OBJETIVO DEL PROYECTO

El objetivo de este proyecto es el diseño y construcción de un sistema que permita eliminar

del agua de mar, o de cualquier otra fuente de agua contaminada, los sólidos disueltos,

principalmente sales minerales, hasta obtener agua potable, apta para consumo humano.

7

Page 8: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

DESARROLO DEL PROYECTO

Principios en los que se basa el fenómeno de la evaporación

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado

líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la

tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier

temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la

masa del líquido alcance el punto de ebullición.

La velocidad de evaporación depende de un conjunto de factores que facilitan el aumento en

la energía cinética molecular, y por tanto la evaporación. El cambio de estado del líquido a

vapor necesita calor. El proceso inverso de condensación devuelve el calor comunicado

durante la evaporación.

Principales factores que favorecen la evaporación:

Temperatura

Es el principal factor que afecta a la evaporación, ya que ésta es alta en condiciones de

fuerte insolación, con lo que se eleva la cantidad de vapor en la atmósfera. La temperatura

facilita la amplitud del movimiento molecular en el líquido y las posibilidades de escape hacia

la atmósfera, y permite que el aire pueda contener un mayor porcentaje de humedad, con lo

que un mayor volumen de agua puede integrarse en la atmósfera.

Velocidad del Aire

La presencia de una corriente de aire favorece la evaporación, al limpiar la capa de humedad

de la proximidad del líquido y reemplazarla por aire seco, con lo que el agua puede

evaporarse de manera más rápida.

Temperatura del aire.

El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporación ya que en primer lugar crea una

8

Page 9: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

convección térmica ascendente, que facilita la aireación de la superficie del liquido; y por otra

parte la presión de vapor de saturación es más alta.

Tamaño de la masa de agua.

El volumen de la masa de agua y su profundidad son factores que afectan a la evaporación

por el efecto de calentamiento de la masa. Volúmenes pequeños con poca profundidad

sufren un calentamiento mayor que facilita la evaporación. Mientras mas delgada sea la capa

del líquido que está en contacto con la atmóstera, habrá una evaporación mayor.

Área de evaporación

Otro factor importante es el área de la masa de agua expuesta al ambiente, pues mientras

mayor sea esta, manteniendo constantes las demás variables, la evaporación será mayor.

PLANEACIÓN DEL PROYECTO

Para la realización de este proyecto consideramos los factores antes mencionados y

proponemos las siguientes modificaciones para optimizar la evaporación.

• A diferencia de otros sistemas que utilizan energía solar, donde el calentamiento, la

evaporación y condensación ocurre en un solo aparato, nosotros usaremos dos

equipos conectados entre si, uno para calentar el agua y el aire y otro donde se

realizará la evaporación.

• Aumentaremos la temperatura del agua que se va a evaporar en la cámara de

evaporación del desalinizador lo mas posible, mediante un calentamiento de ésta en el

colector solar, usando la energía solar.

• Aumentaremos también la temperatura del aire que arrastrará el vapor en la cámara

de evaporación, usando aire calentado con la energía solar, en el colector solar.

• Aumentaremos la velocidad de flujo de aire caliente, dentro del usando un extractor de

aire. El extractor también servirá para sacar el vapor generado en la cámara de

evaporación.

• Aumentatremos el área de la masa de evaporación usando un sistema de rodillos

9

Page 10: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

giratorios en los que se mueve una banda. Esta banda es una malla que permite que

se adhiera el agua para ser transportada dentro de la cámara de evaporación, pero

también permite el paso del aire caliente por sus orificios.

• Disminuiremos el espesor de la capa de agua en contacto con el aire caliente,

humedeciendo la banda de malla en el líquido a evaporar.

Se muestran algunas imágenes por computadora del proyecto que se llevará a cabo:

10

Page 11: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

PARTE EXPERIMENTAL: CONSTRUCCIÓN DEL DESALINIZADOR

Materiales

1 hoja de Triplay de 18 mm.

3 tiras de madera de 1” X 1.5”

3 placas de Unicel

10 m Tubo de poliducto

Bisagras

Tornillos

Motor extractor

Tubería de PVC

Tela de malla

Motor con reductor de velocidad

Tornillos

Impermeabilizante

Pintura negra, blanca y azul

Grava negra

Herramientas

Cortapernos

Taladro

Sierra caladora

Segueta

pinzas

cutter

desarmadores

flexómetro

Tijeras para lámina

Procedimiento de construcción del Sistema de desalinización

Debido a la limitación en espacio de este informe, solo se pondrán algunas de las fotografías

tomadas y se hará una breve descripción del procedimiento.

Cortamos el triplay para formar el dispositivo, con las siguientes medidas:

• 2 tablas de 122 X 40 cm

• 1 tabla de 37 X 43.4 cm

• 1 tabla de 85 X 43.42 tablas de 43.4 X 43.4 cm

11

Page 12: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Cortamos 6 tiras de madera en tramos de 40 cm. Les hicimos

perforaciones a distancias de 8 cm. También les hicimos unos

cortes para poder sacar y meter fácilmente los cilindros y las

atornillamos en las tablas de triplay.

Impermeabilizamos por dentro el aparato para evitar que la

humedad dañe la madera.

Por otro lado, construimos unos cilindros con madera de 2 cm

de diámetro, les pusimos ejes de acero galvanizado y los

colocamos en las tiras de madera.

Construimos una charola para colocarla en uno de los

cilindros y poder humedecer la tela.

Le pusimos

una banda de

malla para absorber el agua de la charola y

distribuirla en la cámara de

evaporación

Alineamos un motor reductor a

uno de los cilindros para poder

hacer girar el conjunto de ellos.

12

Page 13: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Hicimos un orificio en la tapa superior y le colocamos un extractor a 120 V para sacar el

vapor generado en la camara. Conectamos también un tubo en la parte superior para recoger

el agua condensada.

En la tapa inferior le hicimos un orificio para la entrada del

aire caliente y en una tabla lateral, cerca de la charola,

hicimos un pequeño orificio para introducir el agua caliente.

En la parte inferior le colocamos una pieza de hule

perpendicular a la banda para que separara la sal que se

fuera acomulando en la banda, y que cayera en una

superficie inclinada, cercana a una pequeña puerta, para

retirarla del aparato.

Así quedó finalmente el aparato desalinizador.

13

Page 14: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Por otro lado construimos un colector solar de 1.22 m X 0.62 m y 0,13 m de espesor, lo que

da una área de 0.75 m2 de área para captar la energía solar. En este aparato calentamos el

agua y el aire que se utilizaron en la cámara de evaporación del desalinizador. Después lo

pintamos de negro.

Se puso en el fondo placa de unicel de 1 cm de espesor como aislante.

Se hicieron orificios a la madera y se colocó el tubo para calentar el agua. También se

hicieron orificios para la entrada del aire frío y salida y del aire caliente.

También se muestran algunas de las fotografías de la construcción del calentrador solar.

Para poder almacenar más energía en el colector solar introducimos como una innovación

adicional, el poner una capa de 7 cm de espesor de grava negra. Esta permite que la energía

almacenada se pueda utilizar cuando está nublado o después que se oculta el sol.

14

Page 15: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Finalmente se cubrió con hule cristal y se conectó al modulo desalinizador de agua a través

de tubos y quedó terminado como se muestra en las siguientes fotografías:

15

Page 16: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Operación del desalinizador:

Para hacer funcionar el dispositivo se tiene que hacer lo siguiente:

• Llenar el depósito con el agua a tratar. Hacer sifón para llenar la tubería de agua.

• Esperar aproximadamente media hora para que se caliente el aire y el agua en el

colector solar.

• Drenar un poco de agua con la manguera de atrás, hasta que salga caliente.

• Accionar extractor para permitir el flujo de aire caliente dentro del desalinizador.

• Accionar el motor que hace girar los cilindros y mover la banda de malla dentro de la

cámara de evaporación.

• Introducir el agua caliente en la charola para humedecer la banda y comenzar el

proceso de evaporación del agua.

• Colectar el agua potable en el tubo de salida.

16

Page 17: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

EL PROCESO DE DESALINIZACIÓN EN EL PROTOTIPO

En el tanque de almacenamiento se coloca el agua a tratar, se hace pasar por el colector

solar, donde eleva su temperatura, de la misma manera el aire entra al colector solar y eleva

su temperatura.

Los dos elementos, agua y aire calientes entran al desalinizador. El agua pasa a una charola

que la almacena temporalmente dentro del desalinizador, en la parte inferior, la cantidad de

agua se regula con unas llaves que están en la parte de atrás del desalinizador, de tal

manera que solo ingrese la cantidad necesaria para reponer la que se está evaporando.

El agua pasa a la cámara de evaporación por medio de una banda en movimiento continuo,

la banda hace un recorrido de subida bajada en la cámara, aumentando el área de contacto

de la masa de agua con el aire caliente que atraviesa la cámara de evaporación, de abajo

hacia arriba, arrastrando el vapor que se forma en la superficie de la banda. El vapor

generado es sacado de la cámara de evaporación por un extractor que lo enfría y condensa.

El agua potable de coectada al final del tubo conectado al extractor.

En la parte inferior le colocamos una pieza de hule perpendicular a la banda para que la

raspara y separara la sal que se fuera acomulando y que cayera en una superficie inclinada,

cercana a una pequeña puerta, para retirarla del aparato.

RESULTADOS

El prototipo construido funcionó mas o menos bien, con algunas dificultades que

comentaremos más adelante. Al modificar las condiciones de operación que fueron aumentar

la temperatura y velocidad del aire dentro de la cámara de evaporación, calentar el agua y

enviarla a la cámara, según se fuese evaporando, y aumentar el área de evaporación del

agua por medio del movimiento de la banda de malla.

Se realizaron 2 pruebas de 10 min. c/u y se obtuvieron en promedio los siguientes datos:

17

Page 18: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Temperatura de entrada del aire al colector solar 22ºC

Temperatura de entrada del agua al colector solar 22ºC

Temperatura de entrada del aire al desalinizador Aproximadamente 40ºC

Temperatura de entrada del agua al desalinizador Aproximadamente 40ºC

Temperatura de salida del agua potable 28ºC a 30ºC

Temperatura de salida del aire al ambiente 28ºC a 30ºC

Agua potable obtenida en 10 minutos Aproximadamente 144 mililitros

El motivo por el cual se tomaron datos de espacios de 10 min. fue que la malla al paso del

tiempo, por efecto de la humedad y el calor se iba aflojando y se comenzaba a enredar. Por

lo que teníamos que suspender el proceso.

Otro de las dificultades que tuvimos fue la falta de un condensador de vapor a la salida del

aparato, pensamos que con el extractor era suficiente para enfriar el vapor, pero no fué así,

por lo que no pudimos colectar agua, toda se fué al medio ambiente.

Sin embargo tomamos los datos de la disminución del nivel de agua en la charola cerrando la

llave del tanque de alimentación. Durante los 10 minutos de operación bajó el nivel de la

charola 0.5 cm. Con este dato pudimos hacer un cálculo aproximado del agua evaporada.

Dimensiones de la charola: 36 cm X 8 cm

Àrea de la charola: 288 cm2

Volumen de agua evaporada 36 X 8 X 0.5 cm = 144 cm3 ó ml en 10 minutos

Evaporación por hora: 144 X 60 / 10 = 864 ml/h

Estimación en un día con 8 horas de sol: 864 X 8 = 6912 ml ó 6.91 litros,

Podemos ver que casi se obtienen los 7 litros por día con este prototipo.

Lo cual nos permite saber que éste aparato funciona aunque con algunas dificultades, que se

pueden resolver en una siguiente etapa, es decir, se puede mejorar y optimizar, pero por

cuestión de tiempo no lo hicimos.

18

Page 19: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

DESCRIPCIÓN COMPARATIVA

El prototipo construido tiene muchas ventajas con respecto de otros sistemas de

desalinización. Entre los que destacan:

En costo:

Como se comentó en la parte teórica, los sistemas que actualmente se emplean en la

obtención de agua potable son eficientes, pero resultan demasiado caros, tanto su

construcción como su operación, trayendo además problemas de contaminación por el uso

de combustibles de origen fósil, en cambio este sistema que se propone tiene un bajo costo

de construcción y mantenimiento, la mayor parte de la energía la obtiene directamente del

Sol, solo una poca energía es necesaria para hacer funcionar un pequeño motor y el

extractor. El costo aproximado de la construcción del sistema completo de desalinización fue

de aproximadamente $1650.

En su construcción:

Los sistemas de desalinización que se emplean actualmente requieren de grandes espacios

y equipos complejos para controlar el proceso, además de un mantenimiento y supervisión

constante, en cambio este aparato es solo un espacio cerrado en el que se establecen

ciertas condiciones de temperatura, área, velocidad del agua y aire, para que el proceso se

desarrolle, sin complicadas instalaciones.

En diseño:

El protopipo que se presenta es un dispositivo que funciona bajo los principios de

evaporación natural, simula el como se evapora el agua de la ropa cuando la tendemos en

un lazo un día soleado. La innovación que realizamos fué potenciar las variables que

influyen, que fueron calentar el agua y el aire, aumentar la velocidad del aire, disminuir el

espesor de la película del agua que va a evaporarse por medio de la malla y aumentar

considerablemente el área de evaporación.

En esta parte queremos destacar que una de las grandes ventajas que tiene este prototipo

19

Page 20: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

es que el sistema de rodillos y banda permite una evaporación mayor. En este caso

colocamos 17 rodillos en la cámara de evaporación, 9 en la parte superior y 8 en la inferior.

Entre estos rodillos la banda tenía una longitud de 0.77 m y un ancho de 0.26 m, por lo que el

área entre cada par de rodillos era de:

0.77 m X 0.26 m = 0.2 m2

Multiplicando esta área por la que generaron los demás pares de rodillos

0.2 m2 X 9 = 1.8 m2

Y tomando en cuenta las dos caras de la banda:

1.8 m2 X 2 caras = 3.6 m2

Es decir el área se aumentó en éste prototipo en más de 3 m2

Si aplicamos este procedimiento a un desalinizador real, que se construyera, escalándolo a

2m2 de base por 5 metros de altura, colocando 30 rodillos, el cálculo nos daría una área de

600 m2 aproximadamente , una superficie bastante grande de evaporación.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Primeramente mencionamos que los objetivos que establecimos en este trabajo, se

alcanzaron parcialmente, ya que se pudo construir un dispositivo desalinizador de agua de

mar, y funcionó bien con algunos detalles.

Una de las ventajas que tiene este prototipo es que usando los principios de la evaporación

descritos, y tomando como modelo este aparato, se pueden construir otros de mayor

capacidad, para obtener mayores cantidades de agua potable.

20

Page 21: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

También es importante mencionar que este aparato permite obtener agua potable de otras

fuentes, además del agua salada, porque la evaporación separa los materiales disueltos

contaminantes.

Si aumentamos el número de cilindros giratorios y la cantidad de malla, podemos obtener un

área mayor en el mismo espacio, por lo que habrá una evaporación mayor.

Como recomendaciones se sugiere que en lugar de usar madera en la estructura del aparato

que se deteriora en algunos meses de operación, se emplee fibra de vidrio, ya que este

material es muy fuerte, es flexible, no se corroe ni le da sabor al agua. Además es necesario

experimentar aún con diferentes velocidades de la banda de malla, pues el motor que

usamos solo nos da una y también con la velocidad de flujo de aire, esto sería tarea de una

investigación más profunda y llevaría más tiempo para optimizarlo, lo cual queremos seguir

haciendo.

FUENTES DE INFORMACIÓN

Diseño, construcción y simulación de un desalinizador solar térmico modular de agua de mar

para el laboratorio de energías alternativas y eficiencia energética, con una capacidad diaria

promedio de 4 litros. Esteban Francisco Urrestra Suárez. Escuela Politécnica Nacional.

Facultad de Ingeniería Mecánica. Quito Ecuador, Agosto del 2013

Diseño de planta experimental de desalinización solar para abastecer de agua potable a

zonas rurales de la guajira venezolana. Pocaterra Linares, Javier E. Trabajo especial de

grado. Caracas Venezuela, 2002

Plantas desalinizadoras: El mar como fuente de agua potable tecnología | Revista proyecta

No. 57

Débora Isiordia, Germán E.; González Enríquez, Rodrigo; Ponce Fernández, Nora E.

21

Page 22: DESALINIZADOR DE AGUA DE MAR - …feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria23/feria124_05... · Cloruro de magnesio 5,0 gramos Sulfato neutro de sodio 4,0 gramos ... Media, muchos

Técnicas para desalinizar agua de mar y su desarrollo en México. Ra Ximhai, vol. 8, núm. 2.,

mayo-agosto, 2012, pp. 57-68. Universidad Autónoma Indígena de México

El Fuerte, México, Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y

Portugal

Baja California, pionero en la desalinización de agua de mar, Juan Luis Ramos Enero 28,

Diario sin límites.

Crean método barato para potabilizar agua de mar. Notimex/México 13/02/2014. Milenio

Digital

Desalinización del agua EcuRed. Conocimiento con todos y para todos 9 de febrero del 2015

La sesalación del agua. Gaceta del IMTA. Instituto Mexicano de Tecnología del agua No. 6.

Octubre del 2007

Antonio Chamizo / Andoni Garritz. Química terrestre. Colección la ciencia para todos. Fondo

de Cultura Económica. MÉXICO 1995.

http://gizmologia.com/2010/06/quieren-instalar-un-gran-panel-solar-en-el-desierto-del-sahara

http://www.nationalgeographic.es/medio-ambiente/calentamiento-global/energia-solar-

definicion

http://news.soliclima.com/noticias/recursos-hidricos/pagina/3

22